一種鑄造鋁合金的四元浸鋅直接鍍銅工藝

黃元盛

(江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院 材料技術(shù)系，江門 529090)

?

一種鑄造鋁合金的四元浸鋅直接鍍銅工藝

黃元盛

(江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院 材料技術(shù)系，江門 529090)

摘要：針對(duì)鑄造鋁合金的成分和性能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了四元浸鋅工藝，用于鑄造鋁合金的鍍前處理。采用加熱試驗(yàn)法檢測(cè)鍍層的附著力；使用掃描電鏡和X射線衍射儀對(duì)鍍層的表面形貌和相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：隨著浸鋅時(shí)間的延長(zhǎng)，四元浸鋅層越來(lái)越致密，浸鋅60~90 s可滿足鑄造鋁合金鍍前處理要求；經(jīng)過(guò)四元浸鋅處理后的鍍銅層具有較好的附著力；XRD分析顯示鍍銅層為多晶結(jié)構(gòu)；焦磷酸鹽鍍銅層表面比較粗糙，存在較多孔隙；進(jìn)行硫酸鹽鍍銅處理后，表面更為平整，針孔缺陷得到有效抑制。

關(guān)鍵詞：鑄造鋁合金;浸鋅;電鍍

鋁合金具有密度小、良好的吸能降噪性等優(yōu)點(diǎn)，大量用于汽車輪轂。近幾年，為了使高級(jí)小車的鋁合金輪轂獲得高耐蝕性和光亮的表面，開(kāi)始采用電鍍技術(shù)作為鋁合金輪轂最終表面處理的工序，該技術(shù)已在美國(guó)和歐洲等著名汽車公司中大范圍的使用。但是，鑄造鋁合金是一種難電鍍的基材，并且汽車輪轂的外形又有較多的V形槽，因此鋁合金汽車輪轂的電鍍工藝復(fù)雜、易出廢品。據(jù)來(lái)自珠江三角洲鋁合金輪轂電鍍企業(yè)的信息，鋁合金輪轂的一次電鍍不合格率達(dá)到30%以上。而鋁合金電鍍不合格主要是由于鍍前處理浸鋅工藝達(dá)不到要求[1-6]。本工作針對(duì)輪轂用鋁合金的成分特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了四元浸鋅工藝，并對(duì)浸鋅直接電鍍銅層的表面形貌、相結(jié)構(gòu)和附著力進(jìn)行了分析。

1試驗(yàn)

試驗(yàn)材料為AlSi7MgTi鑄造鋁合金，由汽車輪轂制造企業(yè)提供。

電鍍工藝流程:機(jī)械拋光→化學(xué)除油→熱水洗→自來(lái)水洗→出光→自來(lái)水洗→四元浸鋅→自來(lái)水洗→蒸餾水洗→焦磷酸鹽電鍍銅5 min→自來(lái)水洗→活化(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%硫酸水溶液)→自來(lái)水洗→蒸餾水洗→硫酸鹽鍍銅→自來(lái)水洗→蒸餾水洗→冷風(fēng)吹干→檢測(cè)。

四元浸鋅工藝：氧化鋅50 g/L，氫氧化鈉250 g/L，氯化鐵1 g/L，氯化鎳1 g/L，氯化銅1.5 g/L，復(fù)合絡(luò)合劑30 g/L，溫度25~35 ℃，時(shí)間10~90 s。焦磷酸鹽電鍍銅工藝：焦磷酸銅60 g/L，焦磷酸鉀350 g/L，檸檬酸銨25 g/L，pH 8.5~8.8，溫度45 ℃，電流密度1.5 A/dm2。硫酸鹽鍍銅工藝：硫酸銅200 g/L，硫酸60 g/L，氯離子50 mg/L，光亮劑適量，溫度40 ℃，電流密度為5 A/dm2，陰極移動(dòng)，時(shí)間20~60 min。

使用加熱試驗(yàn)法檢測(cè)鍍層的附著力，將焦磷酸鍍銅和硫酸鹽鍍銅后的鍍銅層試樣放入恒溫箱式電阻爐中加熱至180 ℃，保溫2 h，取出空冷，然后觀察其變化;并用劃格法對(duì)電鍍層的附著力進(jìn)行了分析；采用顯微硬度計(jì)對(duì)熱處理前后的鍍銅層進(jìn)行壓痕測(cè)試，載荷為2.94 N；使用MIN型掃描電子顯微鏡觀察基底和鍍層的表面形貌；使用DX2000型X射線衍射儀分析鍍層的相結(jié)構(gòu)。

2結(jié)果與討論

2.1形貌分析

(a)　30 s (b)　60 s (c)　90 s圖1　不同時(shí)間浸鋅后浸鋅層表面的SEM形貌Fig. 1　SEM morphology of the surfaces of zinc coatings after immersion for different times

由圖1可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)30 s的浸鋅處理后，基底表面已經(jīng)形成連續(xù)的浸鋅層，但仍然存在不少孔隙；隨著浸鋅時(shí)間的延長(zhǎng)，浸鋅層越來(lái)越均勻致密，并且表面也變得平整。鑄造鋁合金鍍前處理的最佳浸鋅時(shí)間為60~90 s。由圖2可見(jiàn)，焦磷酸鹽鍍銅層結(jié)晶細(xì)致，表面均勻平整，但仍然存在較多的微孔，這是由于焦磷酸鹽鍍銅工藝主要用于改善鍍層附著力，而其整平性較差所致。經(jīng)過(guò)硫酸鹽鍍銅工藝處理后，鍍銅層表面光亮平整，在掃描電鏡下，存在微觀不平，但是均勻致密，晶粒較細(xì)，經(jīng)過(guò)20min硫酸鹽鍍銅處理的鍍

(a)　焦磷酸鹽鍍銅層 (b)　焦磷酸鍍銅+硫酸鹽鍍銅層圖2　焦磷酸鹽鍍銅層和焦磷酸鍍銅+硫酸鹽鍍銅層的表面形貌Fig. 2　Surface morphology of pyrophosphate copper plating coating (a) and the coating after pyrophosphate copper plating + sulfate copper plating (b)

層，未發(fā)現(xiàn)針孔缺陷。

2.2XRD分析

由圖3可見(jiàn)，熱處理前后鍍銅層均為晶態(tài)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)熱處理后，鍍銅層X(jué)射線衍射譜線的峰值強(qiáng)度明顯下降，并且衍射峰向左偏移，這是由于鍍銅層在空氣中長(zhǎng)時(shí)間加熱，銅被部分氧化使得鍍層的結(jié)晶度下降所致。且經(jīng)過(guò)加熱后，衍射峰有分叉現(xiàn)象，說(shuō)明鍍層相結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可能是因長(zhǎng)時(shí)間在氧氣中

圖3　熱處理前后鍍銅層X(jué)RD譜Fig. 3　XRD patterns of copper plating coating before (a) and after (b) heat treatment

加熱，形成了氧化銅，也有可能是基體中的鋅與鍍銅層原子相互擴(kuò)散引起的。

2.3附著力分析

附著力測(cè)試結(jié)果顯示，在上訴試驗(yàn)條件下得到的電鍍銅層經(jīng)熱處理后均沒(méi)有出現(xiàn)起泡、開(kāi)裂、脫落

等現(xiàn)象，劃格法分析顯示，經(jīng)浸鋅處理和電鍍后的鍍銅層以及經(jīng)過(guò)熱處理后的鍍銅層均沒(méi)有脫落的現(xiàn)象，表明鍍銅層具有較好的附著力。由圖4可見(jiàn)，壓痕測(cè)試后，熱處理前后鍍銅層的壓痕邊沿均未見(jiàn)有上翻或塌陷的現(xiàn)象，附著狀態(tài)良好。

(a)　熱處理前 (b)　熱處理后圖4　鍍銅的壓痕形貌Fig. 4　Indention morphology of copper plating coating before (a) and after (b) heat treatment

3結(jié)論

(1) 隨著浸鋅時(shí)間的延長(zhǎng)，四元浸鋅層越來(lái)越致密，浸鋅60~90 s可滿足鑄造鋁合金鍍前處理要求。

(2) 經(jīng)過(guò)四元浸鋅處理后的鍍銅層具有較好的附著力。

(3) 鍍銅層為多晶結(jié)構(gòu)；焦磷酸鹽鍍銅層表面比較粗糙，存在較多孔隙；進(jìn)行硫酸鹽鍍銅處理后，表面較為平整，針孔缺陷得到有效抑制。

參考文獻(xiàn)：

[1]ZELLEY W G. Formation of immersion zinc coatings onaluminum[J]. Journal of the Electrochemical Society,1953,100(7):328-335.

[2]KELLER F,ZELLEY W G. Conditioning aluminum alloysfor electroplating[J]. Journal of the Electrochemical Society,1950,97(4):143-149.

[3]黃曉梅,李寧,蔣麗敏,等. 鋁及其合金浸鋅技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀[J]. 電鍍與精飾，2006,28(3)：22-26.

[4]蔡婷婷，王兆文. 鋁及鋁合金電鍍研究進(jìn)展[J]. 有色礦冶,2013,29(6):35-41.

[5]曾領(lǐng)才,文偉,謝輝. 鋁及鋁合金電鍍前處理工藝的改進(jìn)[J]. 電鍍與涂飾,2012,31(3):15-17.

A Process of Four-Element Immersion Zinc and Direct Copper Plating for Cast Aluminum Alloys

HUANG Yuan-sheng

(Department of Material Technology， Jiangmen Polytechnic， Jiangmen 529090， China)

Abstract：According to the chemical composition and properties of cast aluminum alloys, four-element immersion zinc process was designed and used as the pretreatment for copper electroplating. Heating method was employed to measure the adhesion property of electroplating coating. SEM and XRD were applied to analyze the coating morphology and phase structure. The results show that with the increase of immersion zinc time, the density of zinc coating increased. The optimal time of immersion zinc was 60~90 s. The pretreatment process of four-element immersion zinc can enhance the adhesion of electroplating coating. The XRD result indicated that the copper electroplating coating was crystal structure. The pyrophosphate copper plating coating had a coarse surface and many pinholes. After sulfate copper plating, the coating surface became smooth, and pinhole defect was controlled efficiently.

Key words：cast aluminum alloy; immersion zinc; electroplating

中圖分類號(hào)：TG174.44

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1005-748X(2016)02-0144-03

通信作者：黃元盛(1969-),教授,博士,從事材料表面處理研究,0750-3725021,minghongcai@163.com

基金項(xiàng)目：廣東省自然科學(xué)基金(2014A030313784); 江門市科技計(jì)劃(2014-2015)

收稿日期：2015-02-05

DOI:10.11973/fsyfh-201602012